Membuka kunci maklumat genetik pakis boleh memberi kita penyelesaian yang berpotensi untuk pelbagai isu yang dihadapi oleh kita planet hari ini.
In genom urutan, DNA penjujukan dilakukan untuk menentukan susunan nukleotida dalam setiap molekul DNA tertentu. Susunan tepat ini mempunyai nilai untuk dapat memahami jenis maklumat genetik yang dibawa dalam DNA. Memandangkan gen mengekod protein yang bertanggungjawab untuk kebanyakan fungsi badan, maklumat ini boleh membantu memahami kesan fungsinya dalam badan. Urutan selesai genom sesuatu organisma iaitu semua DNAnya adalah tugas yang kompleks dan mencabar dan perlu dilakukan sedikit demi sedikit dengan memecahkan DNA kepada kepingan yang lebih kecil, menyusunnya dan kemudian menyusunnya. Contohnya, manusia yang lengkap genom telah dijujukan pada tahun 2003 mengambil masa 13 tahun dan jumlah kos sebanyak USD 3 bilion. Dengan kemajuan dalam teknologi genom boleh disusun secara relatif lebih cepat dan pada kos yang lebih rendah menggunakan kaedah seperti penjujukan Sanger dan penjujukan Generasi Seterusnya. Sebaik sahaja genom disusun dan dinyahkodkan, kemungkinan tanpa had terbuka untuk mengenal pasti bidang penyelidikan biologi yang berpotensi dan membuat kemajuan ke arah pembangunan aplikasi yang disasarkan.
Satu pasukan yang terdiri daripada 40 penyelidik dari Universiti Cornell dan di seluruh dunia telah membuat urutan penuh genom daripada air paku paku dipanggil Azolla filiculoides1,2. Pakis ini biasanya dilihat tumbuh dalam suhu yang lebih panas dan kawasan tropika di dunia. Projek membongkar rahsia genomik pakis telah dalam perancangan untuk seketika dan disokong oleh dana sebanyak USD 22,160 daripada 123 penyokong melalui tapak crowdfunding yang dipanggil Experiment.com. Penyelidik akhirnya menerima pembiayaan untuk menjalankan penjujukan daripada Institut Genomics Beijing dengan kerjasama Universiti Utrecht. Spesies paku pakis terapung kecil ini yang muat di atas kuku jari mempunyai saiz genom .75 gigabases (atau bilion pasangan asas). Pakis diketahui mempunyai besar genom, bersaiz purata 12 gigabase, namun tiada satu pun genom pakis yang lebih besar telah dinyahkod setakat ini. Projek yang begitu terperinci bertujuan untuk memberikan petunjuk tentang potensi pakis ini.
Banyak aspek menarik dari pakis Azolla telah ditemui mengenai perkara ini genom kajian penjujukan diterbitkan dalam Tumbuh-tumbuhan Semula Jadi dan telah menyediakan hala tuju untuk penyelidikan masa depan mengenai kawasan yang berpotensi di mana pakis ini boleh memberi manfaat. Pakis Azolla tersebar luas dan berkembang hampir 50 juta tahun yang lalu planet sekitar Lautan Artik. Pada masa itu Bumi juga lebih panas berbanding keadaan semasa dan pakis ini dianggap memainkan peranan penting dalam mengekalkan planet lebih sejuk dengan menangkap sekitar 10 trilion tan karbon dioksida dari atmosfera dalam tempoh 1 juta tahun. Di sini kita melihat potensi peranan pakis ini dalam memerangi dan melindungi kita planet daripada pemanasan global akibat perubahan iklim.
Pakis juga dianggap memainkan peranan penting dalam penetapan nitrogen, satu proses yang menggabungkan nitrogen bebas (N2) di atmosfera - gas lengai yang banyak terdapat di udara - dengan unsur kimia lain untuk mencipta sebatian berasaskan nitrogen yang lebih reaktif contohnya ammonia, nitrat dan lain-lain yang kemudiannya boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi seperti baja untuk tujuan pertanian. Genom data memberitahu kita tentang hubungan simbiotik (faedah bersama) pakis ini dengan cyanobacteria bernama Nostoc azollae. Daun pakis menjadi tuan rumah sianobakteria ini dalam lubang kecil dan bakteria ini membetulkan nitrogen dengan itu menghasilkan oksigen yang boleh digunakan oleh tumbuhan paku dan tumbuh-tumbuhan di sekitarnya. Sebaliknya, cyano bakteria mengumpul tenaga melalui fotosintesis tumbuhan apabila pakis menyediakan bahan api. Oleh itu, pakis ini mungkin boleh digunakan sebagai baja hijau semula jadi dan mungkin menghapuskan penggunaan baja nitrogen yang menyebarkan amalan pertanian yang lebih mampan. Pengarang mengatakan bahawa mempunyai kedua-duanya genom cyanobacteria dan kini pakis, penyelidikan boleh ditumpukan pada pembangunan dan menerima pakai amalan lestari tersebut. Menariknya, paku pakis Azolla telah pun dimasukkan ke dalam sawah sebagai baja hijau oleh petani Asia sejak lebih 1000 tahun lalu.
Penyelidik juga telah mengenal pasti gen penting (insektisida) yang diubah suai secara semula jadi dalam pakis yang dilihat mempunyai keupayaan untuk memberikan rintangan serangga. Gen ini apabila dipindahkan ke tumbuhan kapas memberikan perlindungan besar-besaran daripada serangga. Gen 'insektisida' ini dianggap dipindahkan atau 'diberikan' daripada bakteria ke pakis dan dilihat sebagai komponen yang sangat spesifik dalam keturunan pakis iaitu ia telah berjaya diwarisi dari generasi ke generasi. Penemuan potensi perlindungan daripada serangga pasti mempunyai kesan yang kuat terhadap amalan pertanian.
Kajian ini menunjukkan bahawa 'sains tulen' untuk membongkar maklumat genomik pertama dari paku pakis adalah langkah utama ke arah mendedahkan dan memahami gen tumbuhan yang penting. Ia juga membantu dalam pemahaman yang lebih baik tentang sejarah evolusi pakis iaitu bagaimana ciri-ciri mereka telah berkembang dari generasi ke generasi. Pemahaman tentang tumbuhan adalah sangat penting untuk meneroka dan memahami bagaimana flora dan fauna wujud bersama secara baik di planet dan penyelidikan sebegini harus diberi kepentingan dan bukannya melabelkannya sebagai sesuatu yang tidak cukup signifikan. Selepas penjujukan Azolla filiculoides dan Salvinia cucullata, lebih daripada 10 spesies pakis sudah dalam perancangan untuk penyelidikan lanjut.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
1. Fay-Wei L et al. 2018. Pakis genom menjelaskan evolusi tumbuhan darat dan simbiosis sianobakteria. Tumbuh-tumbuhan Semula Jadi. 4(7). https://doi.org/10.1038/s41477-018-0188-8
2. Fernbase https://www.fernbase.org/. [Diakses pada 18 Julai 2018].
***
